所述后視定向點200的相對位置關系，從而確定所述棱鏡23所在位置的坐標。當紅外光被所述棱鏡23反射返回至所述全站儀21，并由所述全站儀21內置的電荷親合器件(Charge Coupled Device，CCD)相機判別接收后，所述全站儀21的馬達就驅動所述全站儀21自動轉向下一個棱鏡23，測定所述下一個棱鏡23所在位置的坐標。每個棱鏡所在位置點的三維坐標變化代表了所述位置點的位移，兩個位置點組成測線，測線的長度變化就是隧道內圍巖的位移變化。
[0048]圖4為本實用新型實施例中隧道內監(jiān)測斷面的設置示意圖。請同時參閱圖4，所述隧道100內設置有多個監(jiān)測斷面101。每個監(jiān)測斷面101上分布至少兩個棱鏡23。為了滿足測量精度，每隔60m設置一個監(jiān)測斷面101，相鄰的兩個監(jiān)測斷面101中的其中一個監(jiān)測斷面101上分布兩個棱鏡23，另一個監(jiān)測斷面101上分布三個棱鏡23。其中所述三個棱鏡23分別設置于所述隧道的兩側壁及拱頂上，用以獲取隧道側壁和隧道拱頂的三維變形信息。
[0049]進一步地，為了對隧道200內的應力應變情況進行實時監(jiān)測，所述變形監(jiān)測裝置20包括至少一組應力應變傳感器，所述至少一組應力應變傳感器設置于所述隧道內設定的監(jiān)測斷面上，用于測試所述監(jiān)測斷面上的應力和應變數據。
[0050]具體地，一個監(jiān)測斷面101需要布設三個應力應變傳感器才能反映整個監(jiān)測斷面上的應力和應變情況(分別是隧道側壁兩端、拱頂)。因此，所述至少一組應力應變傳感器包括三個應力應變傳感器，所述三個應力應變傳感器分別設置于所述隧道的兩側壁及頂壁上。在隧道中隔一定距離布設監(jiān)測斷面101。當測試隧道內的應力應變情況時，在隧道中布設4個監(jiān)測斷面101，每個監(jiān)測斷面101的隧道側壁兩端及拱頂上分別設置一個應力應變傳感器，共設置12支應力應變傳感器。
[0051 ]進一步地，為了對隧道內的裂縫情況進行實時監(jiān)測，所述變形監(jiān)測裝置包括裂縫計，所述裂縫計設置于所述隧道的裂縫表面，用于測試所述隧道的裂縫變化數據。
[0052]具體地，在裂縫典型地區(qū)安裝裂縫傳感器，本實用新型實施例中，整個隧道共布設30個裂縫計。裂縫計是在隧道裂縫表面安裝的位移計，它可以作為基礎變形計使用，常用于現場測量位移，量程可達到150mm。通常將裂縫計跨越錨固安裝于所述隧道所測區(qū)段或間隙。可先將兩個帶螺紋的錨頭(圓球鉸合)用灌漿方法或用螺栓固定于縫隙的兩側，然后將儀器的兩端連接在兩錨頭上?；A變形計延伸管的端部有螺紋，使用時可用灌漿方法把它固定在要監(jiān)測的基礎以下的鉆孔內。
[0053]裂縫計傳感器由不銹鋼制成，儀器內部用O型密封圈防潮防塵。而埋入式變形計和基礎變形計的測量外殼則用聚氯乙烯制成并帶有不銹鋼法蘭。傳感器中的熱感應元件可同時提供溫度測量。它用于監(jiān)測表面裂縫以及接縫的開合度，在測縫的兩側分別安裝一根錨桿，然后把測縫計兩端的連接桿旋進錨桿內。
[0054]所述全站儀、應力應變傳感器及裂縫計所采集到的數據，通過在隧道內布設的通信電纜傳輸到所述數據傳輸裝置20中。所述數據傳輸裝置20使用“撥弦電路”、“耦合放大電路”、“相位鎖定濾波器”、“頻率測量電路”等四個電路，通過帶寬為400?6000hz的模擬濾波器濾掉之外的頻率信號，從而讀取到正確的頻率值，還使用高能激勵和高增益放大電路，可以很好地測讀引線較長的鋼弦儀器;配套處理軟件方面，可通過設置通道因子和MD測量延遲兩個通道選項，從而測量時可以選擇恰當頻率的捕捉時機來得到真實的頻率值。
[0055]所述變形監(jiān)測裝置20、所述數據傳輸裝置30及所述數據傳輸裝置40在隧道內通過工業(yè)自愈光纖環(huán)路網組成一個以太網。該網絡具有以下優(yōu)點:一、光纜敷設量小，僅需要兩芯光纜就可以把所有的數據傳輸裝置30串接在一起。二、具有網絡冗余與報警功能。當環(huán)上的裝置失效或光纜發(fā)生故障時，失效方向的數據會被倒換到另一方向繼續(xù)傳輸。環(huán)路光口協(xié)議兼容電氣和電子工程師協(xié)會IEEE802.3U-100FX標準協(xié)議，接口數據采用簡化光纖分布式數據接口(Fiber Distributed Data Interface，縮寫FDDI)協(xié)議傳輸，業(yè)務數據速率為98M。
[0056]所述變形監(jiān)測裝置20采集得到的數據通過所述數據傳輸裝置30匯總，最終通過網絡將數據遠程回傳到工作環(huán)境中的數據處理裝置40中進行分析及處理。
[0057]所述數據處理裝置40可以實時存儲，對于數據龐大的監(jiān)測情況，可采用磁盤陣列進行海量存儲。所述數據處理裝置40中的監(jiān)測系統(tǒng)軟件安裝在符合開放系統(tǒng)互聯標準的中文WINDOWS XP或以上操作系統(tǒng)，構建于.NET框架3.5最新版本基礎上，系統(tǒng)支持ACCESS、SQLSERVER或ORACLE，或可根據客戶的要求定制。所述數據處理裝置40的主機安裝在具有路由功能的網絡系統(tǒng)場所內，以便更迅捷的通過互聯網或手機網絡對采集器傳送來的數據進行分析、處理、記錄、導出等處理。所述監(jiān)控裝置還可按需配置打印機、服務器等相關裝置。具體地，所述數據處理裝置40具有以下功能:I)可以自定義隧道內變形數據采集時間，并對原始數據進行濾波、計算等處理。處理后的數據以數字或相應曲線、圖等形式實時顯示、記錄和打印。2)監(jiān)測數據能夠保存在多種數據庫內，并可進行歷史數據查詢，生成選定時間段內的傳感器監(jiān)測數據的最大最小值，還可以直接生成EXCEL或其他形式報表。3)數據可以各種圖形方式顯示，包括浸潤線、庫水位、壩體變形、降雨量等的時間歷程曲線圖、X/Y坐標圖、模擬圖、直方圖等形式。4)所述數據處理裝置40還具有數據越限報警設置顯示功能，現場即時上傳報警信息時，主機會出現明顯的報警畫面和報警信息，同時還可提供各種聲光報警等多媒體提示或手機短信報警。5)能對用戶進行口令和操作權限的管理，能對不同的用戶分配不同的系統(tǒng)訪問、操作權限級別。用戶登錄后的操作將寫入系統(tǒng)日志，保障運行系統(tǒng)的安全性。6)操作系統(tǒng)滿足開放性標準的要求，方便系統(tǒng)功能的添加、刪除、維護、修改、擴展。兼容當前流行的多種數據庫，并滿足數據庫容量的擴充、系統(tǒng)軟件功能的增強等方面的要求。7)提供異常數據自動查找功能，采用自定義輸入限差值，用戶可以根據項目需要自行設置本次變化量閾值及累計變化量閾值。8)提供工程預警功能，若有超過變化閾值的數據，數據字體顏色將自動變化為對應的警戒顏色。所述數據處理裝置40工程預警分為三級:一級預警為紅色，二級預警為黃色，三級預警為藍色，同時系統(tǒng)將自動發(fā)出預警信息，從而實現工程預警功能。
[0058]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種隧道工程變形監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括:供電裝置、變形監(jiān)測裝置、數據傳輸裝置及數據處理裝置;所述供電裝置設置于隧道口，用于向設置于隧道內的所述變形監(jiān)測裝置及數據傳輸裝置供電； 所述變形監(jiān)測裝置、所述數據傳輸裝置及所述數據處理裝置通過光纖環(huán)路網連接，所述變形監(jiān)測裝置用于監(jiān)測所述隧道內的位移、應力或裂縫的變化數據并將所述數據傳輸給所述數據傳輸裝置;所述數據傳輸裝置用于將接收到的所述數據傳送給所述數據處理裝置，所述數據處理裝置用于對接收到的所述數據進行分析及處理。2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述變形監(jiān)測裝置包括:設置于隧道內的全站儀以及棱鏡，所述棱鏡設置于所述隧道的隧道壁上； 所述全站儀用于發(fā)送紅外光至設定的棱鏡； 所述棱鏡用于反射所述紅外光至所述全站儀，以使所述全站儀確定所述棱鏡所在位置的坐標。3.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述隧道內設置有多個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面上分布至少兩個棱鏡。4.根據權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，相鄰的兩個監(jiān)測斷面中的一個監(jiān)測斷面上分布兩個棱鏡，另一個監(jiān)測斷面上分布三個棱鏡。5.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述變形監(jiān)測裝置包括至少一組應力應變傳感器，所述至少一組應力應變傳感器設置于所述隧道內設定的監(jiān)測斷面上，用于測試所述監(jiān)測斷面上的應力和應變數據。6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一組應力應變傳感器包括三個應力應變傳感器，所述三個應力應變傳感器分別設置于所述隧道的兩側壁及頂壁上。7.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述變形監(jiān)測裝置包括裂縫計，所述裂縫計設置于所述隧道的裂縫表面，用于測試所述隧道的裂縫變化數據。8.根據權利要求1-7任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述供電裝置為兩個，分別設置于所述隧道的進口端及出口端。9.根據權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述供電裝置為太陽能電池板或者蓄電池。
【專利摘要】本實用新型提供一種隧道工程變形監(jiān)測系統(tǒng)，包括：供電裝置、變形監(jiān)測裝置、數據傳輸裝置及數據處理裝置；所述供電裝置設置于隧道口，用于向設置于隧道內的所述變形監(jiān)測裝置及數據傳輸裝置供電；所述變形監(jiān)測裝置、所述數據傳輸裝置及所述數據處理裝置通過光纖環(huán)路網連接，所述變形監(jiān)測裝置用于監(jiān)測所述隧道內的位移、應力或裂縫的變化數據并將所述數據傳輸給所述數據傳輸裝置；所述數據傳輸裝置用于將接收到的所述數據傳送給所述數據處理裝置，所述數據處理裝置用于對接收到的所述數據進行分析及處理。本實用新型提供的隧道工程變形監(jiān)測系統(tǒng)可以實現隧道工程變形自動化監(jiān)測，降低人力及資金成本，并能夠實時獲取到監(jiān)測結果。
【IPC分類】G01B11/16, G01B21/32, G01B21/00
【公開號】CN205300520
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】亢春, 周衛(wèi)軍, 張瑤, 馬孝亮, 張偉, 張凡, 方艷, 石平
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月7日